dynamo-taschenlampe - Do

WERKSPUREN
3|2014
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Unterricht
VON THOMAS STUBER
( T e x t und F otos )
der eigene Strom wird gespeichert
DYNAMO-TASCHENLAMPE
Erneuerbare Energien und
Energiewandlung sind nicht nur
in der Erwachsenenwelt Thema.
Mit welchen Hilfsmitteln lässt
sich Strom erzeugen und damit
eine Taschenlampe
konstruieren? Dazu wird
mechanische Energie in
elektrische Energie
umgewandelt. Als Generator
verwendet, liefert der
Elektromotor die notwendige
Energie, um eine weisse,
superhelle Leuchtdiode (LED) zu
betreiben. Allerdings leuchtet
die LED nur so lange, wie die
Handkurbel betätigt wird. Ein
Kondensator kann als
Energiespeicher dienen.
Stufe
5. – 9. Klasse
Dauer
6 – 10 Lektionen
tipp
Mit dem Grundprinzip der Dynamotaschenlampe lassen sich weitere
Umsetzungen entwickeln: siehe auch
das Radio-Rad, S. 48.
QUELLEN
Die Aufgabe ist Teil des Unterrichtsvorhabens «Umgang mit
Elektromagnetismus» des neuen
Lehrmittels STUBER, Thomas et al.
(erscheint 2015): Räder in Bewegung
(Arbeitstitel).
download / Material
Fertigungsplan zum Bau der
Dynamotaschenlampe:
werkspuren.ch
Lernziele
– Technische und handwerkliche Entwicklungen verstehen und ihre Bedeutung für
den Alltag einschätzen können.
– Ideen und Informationen sammeln, ordnen und Produkte planen und herstellen.
– Energiespeicher und Energiewandlungen unterscheiden.
Aufgabe
Stelle nach Plan eine Dynamo-Taschenlampe her, mit Solarmotor als Generator (und
allenfalls mit Speicherkondensator). Konstruiere die Übersetzung bei der Handkurbel mit Zahnrädern oder Riemenantrieb. Vielleicht konstruierst du ein Gehäuse.
Vorgehen
Sammeln und ordnen
– Analyse: Bilder und Beispiele von LED-Taschenlampen sammeln: welche eignen
sich für welche Situationen? Ordnen nach Kriterien wie Grösse, Dauer des
Aufladens, Leuchtdauer, Batterie- oder Akkubetrieb, Energiewandlung, Preis.
– Induktion: Nachdem die Forscher fieberhaft während langer Zeit eine Umkehrung
des Oersted‘schen Elektromagnetismus gesucht hatten, fand Michael Faraday
1831 die elektromagnetische Induktion. Er zeigte, wie man mit magnetischen
Mitteln zu einer elektrischen Spannung kommt, indem er einen Magneten in eine
Drahtspule schob und wieder herauszog. Damit hatte er einen Stromerzeuger
erfunden, der Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelte.
– Energiespeicherung: Wie lässt sich Energie speichern, ohne Batterien oder
Akkus zu gebrauchen? Ein Elektrolyt-Kondensator (Elko) kann Energie speichern,
während gleichzeitig die LED mit Strom versorgt wird. Elkos werden beispielsweise bei batterielosen Fahrradlichtern oder in Computern eingesetzt.
– Parallel zum Generator wird der bestehende Stromkreis aus Generator und
LED durch einen Elko ergänzt. Um die sofortige Entladung des Elkos nach dem
Aufladen zu verhindern, wird eine zusätzliche Diode geschaltet.
Experimentieren und entwickeln
– Technische Experimente zu Leuchtdioden und Widerstand, Serie- und Parallelschaltung durchführen (Fertigungsplan inkl. Materialliste auf werkspuren.ch).
Planen und herstellen
– An einer Holzleiste kann der Motor als Generator befestigt und die Übersetzung
des Handantriebrads mit Zahnrädern oder Riemenscheiben realisiert werden.
Erst wenn der Antrieb funktioniert, sollen elektronische Komponenten nach
Vorgabe des Schaltplans verkabelt werden. Zu beachten ist, dass nicht alle
Solarmotoren (eingesetzt als Generator) genügend Strom liefern.
Beurteilen
– Taschenlampe im Dunkeln testen: Wettbewerb zu Leuchtdauer durchführen.
– Ursachen für die Unterschiede der Leuchtdauer diskutieren.
U n t err i c h t
Generator und Dynamotaschenlampen zur Analyse
Wie viel Spannung wird erzeugt?
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WERKSPUREN 3|2014
Solarmotoren und Kondensatoren
Übersetzung des Handantriebs über eine Riemenscheibe – links die Lampe ohne Gehäuse, rechts verpackt im massiven Buchengehäuse.
Die Taschenlampen im Recyclingobjekt nutzen einen Elektrolyt-Kondensator als Speicher – dessen sofortige Entladung wird durch eine zusätzliche Diode verhindert.